Спиральный холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. Спиральный компрессор


Спиральный холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —

Главным элементом любого холодильного оборудования является компрессор. Он служит для обеспечения движения хладагента в системе и создания разности давлений.

Относительно недавно стали применяться в холодильной технике компрессоры спирального типа. В основном они работают в составе систем кондиционирования, чиллеров, тепловых насосов, средне и высокотемпературных холодильных установок.

 

Рабочим элементом спирального компрессора является спираль. Принцип работы холодильного спирального компрессора основан на согласованном вращении одной спирали относительно другой.

 

Принцип работы спирального холодильного компрессора.

В спиральном компрессоре сжатие паров хладагента происходит между двумя спиралями. 

принцип работы спирального компрессора

Одна спираль неподвижная, вторая – совершает вращение вокруг неё. Причем это движение имеет непростую траекторию. Электродвигатель, находящийся в одном герметичном корпусе компрессора, совершает работу – вращает вал, на конце которого находится эксцентрично установленная спираль. Вращаясь, подвижная спираль перекатывается по стенкам неподвижной спирали, скользя по масленой плёнке.  Точки контакта спиралей постепенно перемещаются от края к центру, причем они расположены на каждом витке рабочего элемента. Захватывая всасываемые пары хладагента в зоне большего объема сжимаемого газа, спирали постепенно сжимают их по мере приближения рабочей зоны к центру, так как объем её уменьшается. Соответственно, в центре спиралей достигается максимальное давление газа, который через линию нагнетания компрессора затем поступает в конденсатор. В спиральном компрессоре, в процессе работы, сжатие паров происходит непрерывно, так как точка касания спиралей не одна и рабочих зон сжатия образуется несколько. Электродвигатели герметичных спиральных компрессоров охлаждаются за счет всасывающих паров хладагента.

 

Устройство спирального холодильного компрессора.

Рассмотрим устройство спирального холодильного компрессора на примере продукции фирмы Danfoss Performer. Устройство компрессоров других производителей аналогично. Основные узлы спирального компрессора показаны на рисунке 2.

clip_image001.jpg" o:title="Спиральный компрессор"/> Устройство спирального холодильного компрессора

Рисунок 2. Устройство спирального холодильного компрессора.

 

Благодаря своей конструкции, количество взаимно трущихся деталей в спиральном компрессоре значительно меньше, чем в поршневом, что теоретически говорит о его надежности.

Также к достоинствам конструкции можно отнести отсутствие мертвого вредного пространства в зоне сжатия, что увеличивает эффективность работы.

Благодаря тому, что в процессе сжатия газа образуются одновременно несколько рабочих зон, пары хладагента нагнетаются равномерней, чем в поршневых компрессорах и меньшими рабочими объемами, что снижает нагрузку на электродвигатель.

Для повышения эффективности работы, большое внимание в спиральных компрессорах уделяется герметизации боковых и торцевых поверхностей контактов спиралей, для уменьшения перетечек газа между соседними зонами сжатия.

Спиральные компрессоры изначально проектировались и нашли своё наибольшее применение в области  высоко- и средне-температурных холодильных систем – это кондиционирование воздуха, чиллеры, тепловые насосы. Но и в низкотемпературных холодильных установках они также используются, благодаря технологии впрыска малого количества хладагента в центр спиралей в процессе работы.

 

Регулирование производительности спиральных компрессоров возможно с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала. Кроме этого, производитель спиральных компрессоров Copeland, разработал технологию регулировки производительности за счет изменения расстояния между спиралями во время вращения. Эта технология позволяет работать спиральному компрессору в холостую, вообще не образуя рабочих зон сжатия.

 

На сегодняшний день спиральные холодильные компрессоры производят и поставляют в Россию и соответственно в Челябинск такие всемирно известные фирмы, как Emerson Copeland, Danfoss Performer, Bitzer.

rimholod.ru

основные технические характеристики и история создания

Техника для охлаждения обладает способностью отводить тепло от разнообразных объектов. Применение и принцип работы холодильных агрегатов на спиральных компрессорах заключается в том, чтобы используя электроэнергию, забирать от объектов теплый воздух и перемещать его к охлаждающим жидкостям или воздуху, у которого должен быть более высокий уровень температур в отличие от объекта, который охлаждается.

Для того чтобы охладить воду или водный раствор, возможно использование чиллеров или технологичных машин для выработки холода. В основном их использование распространяется на то, чтобы обеспечить основные режимы для охлаждения, замораживания и сохранения разнообразных продуктов в системе кондиционирования воздуха, линии по разливу и камере для охлаждения.

Спиральный компрессор

Спиральный компрессор

Установка по выработке холода представляет собой комплексную систему, которая применяется для того, чтобы поддерживать в объектах низший температурный режим, чем у окружающего воздуха. Основными их компонентами являются одна или несколько холодильных машин, состоящие из необходимого вспомогательного оборудования. Агрегат для охлаждения объектов образуется из объединения необходимых составляющих в единую систему.

Компрессор и его основные виды

Компрессоры являются важным звеном в системах охлаждения объектов. Они предназначены для того, чтобы нагнетать рабочее тело при различных процессах. Под понятием нагнетания подразумеваются не только процессы по подаче тела, но и повышение его давления.

Рабочее тело состоит из газов и паров от разных веществ.

Компрессоры могут быть:

  • лопаточными;
  • объемными.

При функционировании механизмов лопаточного типа давление повышается по причине того, что кинетическая энергия в рабочем теле преобразуется до потенциальной.

Давление увеличивается за счет того, что рабочее тело, проходя через лопаточные каналы, набирает достаточно большую скорость, а при прохождении диффузора её снижает.

Спираль компрессора

Спираль компрессора

Лопаточные устройства, в свою очередь, бывают центробежными и осевыми.

Объемные компрессоры повышают показатели давления путем снижения объемов.

Компрессоры в машинах для охлаждения можно назвать насосами и они занимаются перекачиванием холодильного агента по трубопроводным системам, составляющие части которых заставляет работать электрический двигатель.

В большинстве случаев электрический двигатель и насосы выполняются с одним герметичным корпусом. Устанавливается компрессор снизу, под холодильным шкафом.

Его действие имеет такую последовательность:

  • в испарителе находится хладагент, который имеет парообразное состояние, а также низкий уровень давления и температурных показателей;
  • всасывается, а после сжимается холодильный агент, и повышаются его температура и показатели давления;
  • хладагент в состоянии сжатия или паров направляется в конденсатор.

Почти все модели осуществляют эту подачу с помощью ресивера.

Когда пар хладагента выходит из компрессора, показатели его давления будут колебаться в рамках 15 — 25 атмосфер, а показатели температур от 70 до 90 градусов. Это зависит от степени нагрузки.

Основные критерии оценки функциональности компрессорного механизма

Характеризуют эффективность компрессоров по следующим факторам:

Конструкция агрегата с компрессором

Конструкция агрегата с компрессором

  • степени сжатия хладона, которая определяется отношением показателей давления при выходе и при входе;
  • на основе такого понятия, как секундный объем хладагента, то есть тот объем, который нагнетается за определенное время.

Существуют несколько видов компрессоров для холодильных машин, в том числе и спиральные. При создании установок для охлаждения часто применяют именно такие устройства.

Процесс изобретения компрессора со спиралью

Спирали известны человеку несколько тысячелетий и представляют собой витки, которые закручиваются вокруг одной и той же точки. Техническое воплощение спиралей стало реальным в прошлом столетии.

В первые годы двадцатого века Леоном Круа была разработана и запатентована конструкция компрессора на их основе. В тот период времени оснащение производственных предприятий оставляло желать лучшего и реализовать технологию не удавалось. Воплотить прототип в работающую конструкцию оказалось возможным только во второй половине двадцатого века благодаря машинной обработке. Именно по этой причине техника на основе спиральных компрессоров появилось в продаже относительно недавно.

Представители крупных компаний-производителей проявили заинтересованность к новинке, поскольку механизмы на спиралях позволяли достигать хороших показателей. Испытания показали, что с применением и принципами работы холодильных агрегатов на спиральном компрессоре можно добиться высокой эффективности, которая превосходит эксплуатационные характеристики аналогов.

В 1992 году компания «Iwata Compressor» выпустила безмасляный или «сухой» компрессор на основе спиралей. К его преимуществам можно отнести возможность долговременного использования, невысокие показатели уровней шумов и вибраций.

Со временем компрессоры этого типа все больше применялись в производстве оборудований, вырабатывающих холод и систем для кондиционирования воздуха. Это происходит потому, что они отличаются высокими возможностями эксплуатирования, а также экономичны, поскольку для их сборки требуется значительно меньшее количество деталей по сравнению с другими.

В наши дни большое количество фирм-производителей представляет на рынке оборудование со спиральным компрессором. Такие установки прекрасно выдерживают все испытания и тестирования и за счет этого активно вытесняют с рынка другие конструкции.

Принцип работы агрегатов на основе компрессоров со спиралью

Работа этого вида установок осуществляется за счет следующих процессов:

Детали спирального компрессора

Детали спирального компрессора

  1. Компрессор содержит две спирали, которые находятся одна в другой и имеют особенность к расширению от центральной части к краю в процессе вращения. Причем одна из них все время пребывает в неподвижном состоянии, а вторая находится в процессе вращения вокруг первой.
  2. Профили спиралей образует герметичная кривая, которая называется эвольвента. У зубчатых колес шестеренок аналогичный геометрический профиль, который способствует перекатыванию зубьев в местах соприкосновения. Местом расположения подвижной спирали является эксцентрик.
  3. Когда одна из спиралей находится в процессе вращения, происходит взаимодействие ее наружной поверхности с внутренними поверхностями неподвижной спирали. Это позволяет парам хладагента сжиматься и вытеснять их к нагнетательному отверстию. В результате этого происходит охлаждение.

Применение установок для охлаждения со спиральными компрессорами

Агрегаты, способные вырабатывать холод, применяют в областях, которые подразумевают хранение продуктов или медикаментов. Это супермаркеты, бары, кафе, рестораны и другие заведения, где необходимо хранить продукты, которые должны сохранить свой вкус и полезные качества.

У оборудования по выработке холода есть и более масштабная область применения, например, пищевая промышленность, мясоконсервное производство, птицефабрики, молочная промышленность и прочие области пищевой индустрии, где есть необходимость в хранении продуктов с соблюдением определенного температурного режима.

Также подобные агрегаты применяют в области фармацевтики, так как многие лекарственные препараты необходимо хранить при определенной температуре.

На современных предприятиях с недавних пор появилась методика «шоковой заморозки продуктов», где установки на основе спиральных механизмов находят применение в кратковременном замораживании.

Еще одна сфера использования — это фермерское и сельское хозяйство, где также необходимо хранение продукции при определенных температурах.

Помимо хранения продуктов, подобные установки применяют на цветочных складах и в местах розничной торговли букетами. Правильное охлаждение позволяет продлить срок хранения срезанных цветов.

Широкая область применения и принципы работы холодильных агрегатов на спиральном компрессоре обеспечивают высокий уровень спроса на подобную продукцию и в наши дни произведено более двадцати миллионов подобных машин.

oventilyatsii.ru

Конструкция спиральных компрессоров

 

 

 

Рис. 2. 26. Спиральный компрессор Performer (Danfoss). 1 – подвижная спираль; 2 – неподвижная спираль; 3 - клеммная коробка ; 4 – защита электродвигателя; 5 – смотровое стекло; 6 – всасывание; 7 – масляный насос; 8 - электродвигатель; 9 – нагнетание; 10 – защита от обратного вращения; 11 – обратный клапан.

 

Электродвигатель находится в нижней части компрессора, вал при помощи эксцентрика обеспечивает эллипсовидное движение подвижной спирали, вставленной в неподвижную спираль, установленную в верхней части компрессора. Всасываемый газ поступает в компрессор через патрубок всасывания, обтекает ко­жух электродвигателя и входит в не­го через отверстия в нижней части кожуха (рис.2.26). Масло, находящееся в парах хладагента, в результате поворота маслохладоновой смеси под действием центробежных сил отделяется из него и стекает на дно картера компрессора. Пар проходит через электродвигатель, обеспечи­вая полное охлаждение компрессора во всех режимах работы. Пройдя че­рез электродвигатель, пар попадает в спиральные элементы компрессора, которые расположены в верхней части компрессора над электродвигателем. Рабочий цикл совершается за три оборота вала: первый оборот - всасывание, второй оборот – сжатие, третий оборот – нагнетание. Сразу над выходным каналом непод­вижной спирали находится обратный клапан. Он предохраняет компрессор от обратного течения газа после его выключения. Пройдя обратный кла­пан, газ уходит из компрессора через патрубок нагнетания.

Эффективность спиральных компрессоров во многом определяет­ся величиной внутренних радиальных и осевых утечек газа в процессе сжатия. Радиальные утечки происходят между со­прикасающимися боковыми поверхностями спиралей, осе­вые — между верхним торцом одной спирали и опорной пли­той другой (рис. 2. 24). Утечки ведут к увеличению потребляемой мощности компрессора, снижению его холодопроизводительности и эффективности работы.

Основное отличие этого компрессора от других спиральных заключается в принципе уплотнения спиральных элементов. Распространенный способ обеспечения радиального уплотнения заключается в создании плотного контакта от надавливания подвижной спирали на неподвижную под действием центробежной силы. Однако только что изготов­ленные компрессоры создают эффективное одно­родное уплотнение только после периода «притирки», в процессе которого между по­верхностями образуется необходимый контакт. Касание боко­вых поверхностей спиралей является обязательным условием для таких компрессоров.

Компания Danfoss в компрессорах марки Performer исполь­зует так называемый «принцип контролируемого вращения» (controlled orbiting), что подразумевает движение спиралей по фиксированной траектории без соприкосновения подвижной и неподвижной спиралей при любых условиях эксплуатации компрессора.

Компрессоры Performer с контролируемым вращением для получения гарантированного уплотнения должны иметь спира­ли сверхточного профиля. Боковые поверхности таких спи­ралей никогда не соприкасаются друг с другом, а тонкая пленка масла, уплотняющая зазор, обеспечивает смазку спиралей без трения и износа их поверхности.

При создании осевого уплотнениянекоторые изготовители ком­прессоров для уплотнения прижимают подвижную спираль к неподвижной, используя давление сжимаемого газа.

В компрессорах Performer динамический контакт между верх­ним торцом подвижной спирали и опорной плитой неподвижной спирали поддерживается с помощью плавающего уплотнения (рис.2.27).

 

 

Рис. 2.27 . Плавающее уплотнение спирального компрессора Performer с контролируемым вращением:

1 — опорная плита; 2 — зазор между торцом и опорной плитой; 3— плавающее уплотнение; 4 — спираль; 5 — масляная пленка, предотвращающая утечки газа уплотнения; 6 — газ высокого давления

 

Этот уплотняющий элемент находится в канавке, прорезанной в верхнем торце подвижной спирали (рис. 2.27). Газ под давлени­ем давит на плавающее уплотнение снизу и заставляет его при­жиматься к опорной плите спирали, создавая динамический кон­такт при работе компрессора. Прижимающие силы очень малы, что в сочетании с небольшой площадью контакта снижает тре­ние и увеличивает эффективность работы компрессора.

Характерной особенностью этих компрессоров является их запуск вхолостую, даже при несбалансированном давлении в системе. Это происходит за счет установки обратного клапана на линии нагнетания, закрывающемся при его остановке. В этих условиях в картер возвращается только газ, сжатый в компрессоре до места установки клапана, проходя при этом через спирали. Тем самым осуществляется выравнивание внутреннего давления . При остановке компрессора две спирали размыкаются как по вертикали, так и по горизонтали. При новом запуске компрессор не испытывает нагрузки, поскольку возрастание давления происходит постепенно.В спиральном компрессоре предусмотрен предохранительный клапан, открывающийся при превышении давления свыше 28 бар и перепускающий хладагент из нагнетательной полости во всасывающую.

Масло в спиральных компрессорах служит только для смазки подшипников и плавающего уплотнительного кольца. Смазка спиралей не требуется ввиду малой скорости вращения и силы трения в каждой точке контакта. Содержания масла в маслохладоновой смеси вполне достаточно, чтобы обеспечить необходимую смазку, ввиду чего масло не подвергается воздействию высоких температур, которые могут привести со временем к ухудшению характеристик масла. Другой положительной чертой является высокая способность противодействия уносу масла при пуске.

 

Вопросы для самоконтроля по главе 2.

В чем отличие прямоточных и непрямо­точных компрессоров? 2. Какое конструктив­ное отличие компрессора простого действия от компрессора двойного действия? 3. Ка­кое устройство для защиты от гидравличе­ского удара имеется в компрессоре? 4. Чем отличается поршневое уплотнительное коль­цо от маслосъемного? 5. Как смазывается сальник компрессора? 6. Каково назначение предохранительного клапана в компрессоре? 7. Каким образом масло, уносимое парами хладагента, возвращается в картер компрес­сора? 8. Почему компрессор, работающий на аммиаке, имеет большую холодопроизводительность, чем при работе на R22? 9. Каким образом можно изменить холодопроизводительность холодильного компрес­сора? 10. Как происходит сжатие в винто­вом компрессоре? 11. Почему в винтовом ком­прессоре возникают энергетические потери, когда давление в конце сжатия не совпадает с давлением нагнетания? 12. Почему при перемещении золотника холодопроизводительность винтового компрессора изменяется? 13. Какие достоинства и недостатки имеет винтовой компрессор по сравнению с порш­невым? 14. В чем преимущества спиральных компрессоров? 15. Уплотения спиральных компрессоров. 16. Принцип работы спиральных компрессоров. 17. Что такое «защемленный» объем в винтовых компрессорах?

 

Литература по главе 2.

1.Бараненко А.В., Бухарин Н.Н., Пекарев В.И., Тимофеевский Л.С. Холодильные машины – СПб: Политехника, 2006.-944 с.

 

2. Быстрый выбор автоматических регуляторов, компрессоров и компрессорно-конденсаторных агрегатов. Каталог. Danfoss. 2009.-234с

3. Ладин Н.В., Абдульманов Х.А., Лалаев Г.Г. Судовые рефрижераторные установки. Учебник. Москва, Транспорт, 1993.-246 с.

4. Швецов Г. М., Ладин Н. В. Судовые холодильные установки: Учебник длявузов. - М.: Транспорт, 1986. - 232 с.

 

 

Похожие статьи:

poznayka.org


Смотрите также